全少理　樸哲勇　陳鵬浩　王靜　孫義豪　劉文霞　李海燕　楊艷會(huì)　富夢(mèng)迪

摘 要：為了解決當(dāng)前各類算法對(duì)光照強(qiáng)度快速變化和光伏系統(tǒng)局部遮光時(shí)最大功率點(diǎn)的跟蹤不準(zhǔn)確的問(wèn)題，提出了一種全新的、高性能跟蹤方法。首先，對(duì)所提方法的跟蹤原理進(jìn)行了分析，從模型結(jié)構(gòu)、掃描過(guò)程、占空比計(jì)算、觸發(fā)條件等方面展開(kāi)了論述，從理論上分析了所提出的方法能準(zhǔn)確跟蹤全局的最大值;其次，利用仿真軟件將提出的跟蹤方法與現(xiàn)階段應(yīng)用較為成熟的擾動(dòng)觀測(cè)法、電導(dǎo)增量法兩種方法進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)光照強(qiáng)度快速變化、局部遮光兩種工況進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明此方法明顯優(yōu)于另外兩種方法;最后，搭建了試驗(yàn)平臺(tái)，開(kāi)展光照強(qiáng)度快速變化、局部遮光時(shí)系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果再次證實(shí)本文提出的方法在跟蹤時(shí)間和跟蹤效率上均優(yōu)于另外兩種方法。

關(guān)鍵詞：最大功率點(diǎn)跟蹤;光電板特性;局部遮光;跟蹤效率

DOI：10.15938/j.jhust.2020.06.008

中圖分類號(hào)： TM615

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 1007-2683（2020）06-0053-10

MPPT Tracking of Adaptive Lighting and Partial

Shading in Photovoltaic Systems

QUAN Shao-li1， PIAO Zhe-yong3， CHEN Peng-hao4， WANG Jing2， SUN Yi-hao1，

LIU Wen-xia2， LI Hai-yan3， YANG Yan-hui2， FU Meng-di2

（1.State Grid Henan Electric Power Company Economic and Technical Research Institute， Zhengzhou 450052， China;

2.State Key Laboratory of New Energy Power System， North China Electric Power University， Beijing 102206， China;

3.State Grid Jilin Electric Power Co.， Ltd.， Changchun 132000， China;

4.State Grid Henan Electric Power Company， Zhengzhou 450000， China）

Abstract：In order to solve the problem of inaccurate tracking of the maximum power point of the current various algorithms for rapid changes in light intensity and partial shading of the photovoltaic system， a new and high-performance tracking method was proposed. Firstly， the tracking principle of the proposed method was analyzed， and the discussion was carried out from the aspects of model structure， scanning process， duty cycle calculation， trigger conditions， etc.， and theoretically analyzed that the proposed method can accurately track the global maximum value. Secondly， using simulation software， the proposed tracking method was compared with the current application of the more mature disturbance observation method and the conductance increment method. The two conditions of rapid light intensity change and partial shading were simulated， and the simulation results shows that this method is significantly better than the other two methods. Finally， a test platform was built to carry out the tracking test of the maximum power point of the system when the light intensity changes rapidly and partial shading. The test results again confirmed that the method proposed in this paper is both in tracking time and tracking efficiency. Better than the other two methods.

Keywords：maximum power point tracking; photovoltaic panel characteristics; partial shading; tracking efficiency

0 引 言

近些年光伏發(fā)電量在不斷增加，從2017年的131GW增長(zhǎng)到2018年的176.1GW，預(yù)計(jì)2030年前，光伏發(fā)電總量將占總發(fā)電量的10%[1]。目前，影響光伏發(fā)電技術(shù)的推廣的主要問(wèn)題在于其安裝成本高、電能轉(zhuǎn)換效率低;但是，隨著光伏面板制造技術(shù)的改進(jìn)和光伏物理技術(shù)的進(jìn)步，光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝成本正在迅速下降，而目前商用太陽(yáng)能電池板的最高轉(zhuǎn)換效率約為14～19%[2]。因此，可通過(guò)動(dòng)態(tài)跟蹤各種工況下的最大功率點(diǎn)來(lái)提高光伏面板的利用效率，將能有效增加光伏發(fā)電量。

針對(duì)最大功率點(diǎn)的跟蹤（MPPT）已經(jīng)有很多相應(yīng)的算法，Esram等將已知方法進(jìn)行了對(duì)比。目前最廣泛使用的方法是擾動(dòng)觀測(cè)法（P&O）和電導(dǎo)增量（INC）算法，能適應(yīng)光照強(qiáng)度和溫度穩(wěn)定或緩慢變化時(shí)的最大功率點(diǎn)跟蹤[1-3]。但是這些算法也存在一個(gè)致命缺點(diǎn)是，當(dāng)光照或者溫度出現(xiàn)多個(gè)峰值時(shí)，那么系統(tǒng)將在最大功率點(diǎn)附近振蕩，甚至局部遮光時(shí)算法失效并且在局部陰影條件下失敗[4-8]。與P&O相比，INC方法較為復(fù)雜，但可提供更穩(wěn)定的MPPT[9]。只要ΔP/ΔV能準(zhǔn)確地測(cè)量出距離最大功率點(diǎn)的距離，這個(gè)算法就能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確跟蹤;這種方法只適用于光照強(qiáng)度緩慢變化的情況。每種算法均要在最大功率點(diǎn)的跟蹤精度以及跟蹤速度之間尋求平衡，因此有學(xué)者對(duì)這些算法進(jìn)行了改進(jìn)[10-14]?；诠夥M件最大功率點(diǎn)（MPP）軌跡特征和單參數(shù)控制算法在不同角度對(duì)傳統(tǒng)的MPPT方法進(jìn)行了改進(jìn)，取得了明顯效果，但是這幾種方法的實(shí)現(xiàn)難度較大[1，15-17]。此外其他廣泛使用的MPPT技術(shù)有恒壓（CV）和恒流（CC）最大功率點(diǎn)跟蹤，MPCC和MPCV分別與短路電流和短路電壓呈線性關(guān)系，這兩種辦法雖然跟蹤方法較快但是追蹤精確度不足[18]。在城區(qū)使用光伏系統(tǒng)時(shí)極易出現(xiàn)遮陽(yáng)問(wèn)題，極大地降低光伏系統(tǒng)的輸出功率。光伏系統(tǒng)也極易接收不均勻光照，此時(shí)不同的光伏面板出現(xiàn)多峰值P-V曲線[19]。

針對(duì)上面分析的最大功率點(diǎn)跟蹤算法存在問(wèn)題，文章提出了一種新的方法克服了上述存在的問(wèn)題。根據(jù)本文算法的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析了跟蹤過(guò)程中的掃描原理、占空比計(jì)算方法、觸發(fā)跟蹤的設(shè)置?；诖嗽诜抡孳浖袠?gòu)建了仿真模型，對(duì)比本文的算法與擾動(dòng)觀測(cè)法、電導(dǎo)增量法的跟蹤效果

1 算法原理分析

本文提出的MPPT算法基于兩級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖1展示了500W光伏板系統(tǒng)的電路圖，與單級(jí)拓?fù)湎啾?，帶有附加升壓轉(zhuǎn)換器跟蹤MPP的兩級(jí)拓?fù)渚哂休^好的直流電壓穩(wěn)定性和較低的交流側(cè)電壓總諧波失真（THD）。在本節(jié)設(shè)計(jì)的控制器中使用了單步電壓調(diào)節(jié)技術(shù)，由一個(gè)普通的比例積分（PI）元件組成，產(chǎn)生一個(gè)電壓基準(zhǔn)到升壓變換器的脈寬調(diào)制信號(hào)。當(dāng)光伏板通過(guò)開(kāi)關(guān)S短路時(shí)，面板Vpv的電壓下降到0V，電流Ipv上升到短路電流Isc。電壓Vpv下降0V和電流Ipv升高Isc所用的時(shí)間取決于系統(tǒng)電阻的變化，這是由于短路電流回路中存在濾波電容Cpv和升壓電感Lboost，這一整個(gè)過(guò)程稱之為掃描過(guò)程。該控制器利用掃描來(lái)跟蹤光伏系統(tǒng)在各種運(yùn)行條件下的最大功率和相應(yīng)的電壓。

1.1 掃描過(guò)程

在任何給定的工作條件下（Vpv>0），通過(guò)閉合升壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)S，將占空比（D1）設(shè)置為1來(lái)執(zhí)行掃描過(guò)程。此時(shí)，PV面板的電流Ipv路徑短路，因此面板電壓Vpv趨于0V，電流Ipv上升至短路值IscA。但電感器Lboost不允許電流突然變化、電容器Cpv不允許電壓突然變化，導(dǎo)致這一過(guò)程不會(huì)瞬間完成。對(duì)于任何光伏面板而言，電壓下降和電流上升所需時(shí)間通常為毫秒級(jí)別[21]。在該掃描期間，測(cè)量電壓Vpv和電流Ipv，并通過(guò)將這兩個(gè)值做乘法運(yùn)算獲得相應(yīng)的功率Ppv。通過(guò)對(duì)Ppv信號(hào)利用峰值檢測(cè)器獲得掃描期間的功率Pmpp的最大值，并通過(guò)觸發(fā)采樣保持電路獲得Pmpp對(duì)應(yīng)的電壓Vmpp。在掃描光伏面板過(guò)程中，開(kāi)關(guān)S保持閉合狀態(tài)，直到面板Vpv的電壓達(dá)到Vsc極限為止，該極限指示PV曲線的掃描并在出現(xiàn)多個(gè)峰值的陰影情況下提取全局MPP[22]。掃描過(guò)程的框圖如圖2所示。

所研究的光伏板有216個(gè)電池串聯(lián)，其中一個(gè)旁路二極管模塊中含有72個(gè)串聯(lián)的光伏電池，這意味著光伏模塊中有3個(gè)旁路二極管模。因此，在局部遮光條件下，光伏組件最多可產(chǎn)生3個(gè)MPP，包括局部最大值和全局最大值。每個(gè)旁路二極管的開(kāi)路電壓Voc為43.3V，是光伏組件開(kāi)路電壓的三分之一。在局部遮光條件下，MPP始終接近0.8Voc。因此，掃描電壓限制在0.4Voc，即18V，以確保掃描所有的局部最大值。將面板電壓Vpv限制為18V，限制面板電流Ipv為光伏板的短路電流Isc。

1.2 占空比計(jì)算

一旦面板Vpv的電壓達(dá)到18V的Vsc極限，掃描過(guò)程中獲得的最大功率點(diǎn)跟蹤電壓Vmpp將作為參考電壓。Vmpp參考電壓和Vpv面板電壓之間的誤差信號(hào)通過(guò)P–I控制器控制，并生成相應(yīng)的占空比D1，將升壓轉(zhuǎn)換器占空比更新為新的D1[20]。圖3展示了對(duì)應(yīng)于100kHz開(kāi)關(guān)頻率操作的升壓轉(zhuǎn)換器的占空比D1的計(jì)算的框圖。

1.3 改變操作條件的觸發(fā)器設(shè)置

一旦PCU更新了與新的最大功率點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的升壓轉(zhuǎn)換器D1的占空比，升壓轉(zhuǎn)換器就會(huì)以連續(xù)電流模式（CCM）運(yùn)行，直到啟動(dòng)下一個(gè)掃描周期。為了觸發(fā)掃描過(guò)程以適應(yīng)太陽(yáng)光照強(qiáng)度、負(fù)載和環(huán)境等工作條件的變化，設(shè)置了電流觸發(fā)Itrig，其與Impp對(duì)應(yīng)，如等式（2）所示。

Impp=pmppVmpp（1）

Itrig=Impp（1-D1）（2）

Iout=Ipv（1-D1）（3）

PI控制器設(shè)置為Vmpp，直到Itrig等于PCU的Iout輸出電流。該條件確保在面板電壓Vpv達(dá)到MPP電壓Vmpp之前，控制器在掃描過(guò)程中不會(huì)對(duì)操作條件的變化做出響應(yīng)。一旦面板電壓Vpv達(dá)到MPP電壓Vmpp，觸發(fā)電流Itrig等于PCU的輸出電流。

Itrig=Iout（4）

將升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電流Iout與Itrig以及正常日照條件下Impp的5%閾值0.2A進(jìn)行不斷比較，以感測(cè)日照、負(fù)載和環(huán)境條件的變化，即

Iout=Itrig±0.2（5）

當(dāng)輸出電流Iout變化并滿足式（5）時(shí)，控制器控制電壓Vpv和電流Ipv的變化方向。變化方向決定了Iout變化的原因是由于負(fù)載變化或環(huán)境條件變化：

ΔI=Impp-Ipv（6）

ΔV=Vmpp-Vpv（7）

如圖4所示，日照條件發(fā)生變化，0.9Sun日照條件（本文以光伏面板所能接收到最大的光照強(qiáng)度為1Sun）下的電壓、電流分別為Vmpp、Impp。當(dāng)光照條件發(fā)生變化，工作點(diǎn)從a移動(dòng)到b或c。在1.0Sun的工作點(diǎn)b，電壓和電流都增加（ΔV>0，ΔI>0）;在1.0Sun的工作點(diǎn)c，電壓和電流都降低了（ΔV<0，ΔI<0）。如果在0.9Sun下運(yùn)行時(shí)負(fù)載條件發(fā)生變化，則新的工作點(diǎn)將位于d或e位置，具體取決于負(fù)載變化的方向。工作點(diǎn)d時(shí)，工作電壓升高，電流減?。é>0，ΔI<0）;在工作點(diǎn)e時(shí)，電流增加（ΔV<0，ΔI>0）。因此，當(dāng)光照條件發(fā)生變化時(shí)，電壓Vpv和電流Ipv的變化方向是相同的;當(dāng)負(fù)載條件發(fā)生變化時(shí)，電壓Vpv和電流Ipv的變化方向是相反的。對(duì)于任何負(fù)載，均使工作電壓Vpv保持在相同的Vmpp下運(yùn)行，無(wú)需對(duì)光伏面板啟動(dòng)進(jìn)行掃描;對(duì)于滿足等式（5）的日照條件變化，則控制器掃描新Vmpp的P-V曲線。當(dāng)外界條件改變觸發(fā)掃描程序時(shí)，控制器感應(yīng)到新的工作點(diǎn)并掃描整個(gè)曲線。新的工作電壓將始終大于式（8）中所示的最大功率點(diǎn)電壓Vmpp：

Vmpp=（0.8～0.92）Vpv（8）

因此，利用新的工作電壓Vpv掃描曲線可以確保Vmpp的精確跟蹤。圖5為整個(gè)過(guò)程的流程圖。通過(guò)掃描從面板電壓Vpv到短路電壓Vsc的整個(gè)PV曲線，該算法對(duì)引起多個(gè)峰值的陰影效應(yīng)保持免疫，故可使功率Pmpp對(duì)應(yīng)于光伏面板的全局最大值，而不是由于陰影導(dǎo)致的局部最大值。

2.4 系統(tǒng)部分參數(shù)確定

DC-DC轉(zhuǎn)換器的損耗（如開(kāi)關(guān)損耗，傳導(dǎo)損耗，反向恢復(fù)損耗和銅損耗）不會(huì)影響與最大功率Pmpp相對(duì)應(yīng)的Vmpp。掃描期間關(guān)鍵作用的損耗是開(kāi)關(guān)S兩端的電壓降落，這是由于內(nèi)部電阻Rint在15ms內(nèi)約為0.01Ω，如式（10）所示。在掃描過(guò)程中，開(kāi)關(guān)S在短路電壓Vsc設(shè)置為18V的情況下閉合，即使在最低的日照條件下，Vmpp也為45V，因此將掃描電壓限制為18V不會(huì)冒丟失Vmpp的風(fēng)險(xiǎn)，并且還減少了電源開(kāi)關(guān)上的dV/dt和dI/dt效應(yīng)。在PCUIout的輸出端設(shè)置觸發(fā)閾值為0.2A，因此面板電流Ipv的任何細(xì)微變化都會(huì)反映在Iout，從而啟動(dòng)掃描過(guò)程。

Vmpp=Vpp-Vdrop（9）

Vdrop=IscRint（10）

由于直流電容Cdc的存在，掃描過(guò)程中的尖峰電壓不會(huì)影響升壓轉(zhuǎn)換器的負(fù)載或輸出功率。由于任何光伏模塊的掃描時(shí)間均為毫秒級(jí)別，在整個(gè)掃描過(guò)程中可根據(jù)式（11）設(shè)計(jì)電容器Cdc用于升壓操作。此外，在逆變器控制的作用下，濾除尖峰并保持直流母線電壓恒定。

Cdc（min）=Iout（max）D1fsVout（11）

式中：Iout（max）為光伏組件的最大輸出電流;ΔVout為輸出電壓中可接受的紋波;fs為最小掃描頻率。計(jì)算逆變器調(diào)制指數(shù)M，使升壓電容器直流側(cè)的參考直流母線電壓保持在180V，開(kāi)關(guān)頻率為10kHz。

2 仿真分析

首先在仿真平臺(tái)中建立了等效PV模型進(jìn)行仿真，假定溫度保持在25℃恒定時(shí)，考慮到輻照度變化的光伏板特性變化如圖6所示。表1給出了所研究太陽(yáng)能電池板的規(guī)格，表2給出了系統(tǒng)中功率轉(zhuǎn)換器的規(guī)格。

利用仿真軟件對(duì)圖1所示的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真時(shí)對(duì)比了不同的MPPT方法：擾動(dòng)觀測(cè)、電導(dǎo)增量和所提出的掃描方法，在光照強(qiáng)度階躍變化下的跟蹤和局部遮光條件下的跟蹤進(jìn)行系統(tǒng)仿真。

2.1 光照條件階躍變化

首先，系統(tǒng)處于0.5Sun條件下，然后將光照強(qiáng)度在0.15s時(shí)增加到1.0Sun（階躍變化）。

2.1.1 擾動(dòng)觀測(cè)法（P&O）

擾動(dòng)觀測(cè)法的MPPT控制系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖7（a）所示。從光伏板電壓、電流和功率的仿真結(jié)果可以看出，此方法可感知到了光照強(qiáng)度的變化，并做出了相應(yīng)的響應(yīng)。在此太陽(yáng)光照條件下光伏系統(tǒng)的最大功率為484.0W，在給定的工作條件下，此方法所需調(diào)整時(shí)間為0.05s。

2.1.2 電導(dǎo)增量法（INC）

采用電導(dǎo)增量法進(jìn)行MPPT的系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖7（b）所示。從光伏板電壓、電流和功率圖的仿真結(jié)果可以看出，此方法可感知到了輻照的變化，可做出了相應(yīng)的響應(yīng)。在此太陽(yáng)光照條件下光伏系統(tǒng)的最大功率為486.0W。在給定的工作條件下，此方法所需的時(shí)間為0.04s。

2.1.3 本文提出的方法

使用本文所提出的掃描MPPT方法的系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖7（c）所示。從光伏板電壓、電流和功率圖的仿真結(jié)果可以看出，此方法可感知到了輻照的變化，并做出了相應(yīng)的響應(yīng)。在此太陽(yáng)光照條件下光伏系統(tǒng)的最大功率為496.0W。在給定條件下，此方法所需的時(shí)間為0.005s。

對(duì)比以上3種方法的仿真結(jié)果，3種控制方法都能在1.0Sun光照條件下達(dá)到接近500W的最大功率，但本文所提出的方法能夠在最短時(shí)間0.005s內(nèi)達(dá)到最大的功率496.0W，且系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，MPP周圍沒(méi)有振蕩。

2.2 系統(tǒng)存在局部遮光

系統(tǒng)受到如圖8所示的局部遮光條件的影響。同樣將3種MPPT控制方法用于檢測(cè)峰值功率，并提取出峰值功率。

2.2.1 擾動(dòng)觀測(cè)法（P&O）

擾動(dòng)觀測(cè)法進(jìn)行MPPT的系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖9（a）所示。從仿真結(jié)果可以看出，該控制方法通過(guò)調(diào)整占空比可獲得局部最大值260.0W。

2.2.2 電導(dǎo)增量法（INC）

電導(dǎo)增量法進(jìn)行MPPT的系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖9（b）所示。從仿真結(jié)果可以看出，該控制方法通過(guò)調(diào)整占空比可獲得局部最大值262.0W。

2.2.3 本文提出的方法

所提出的掃描MPPT方法的系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖9（c）所示。從仿真結(jié)果可以看出，該控制方法通過(guò)調(diào)整占空比可獲得局部最大值330.0W。

通過(guò)上述仿真結(jié)果可知，與P&O和INC控制方法相比，本文所提出的控制方法所獲得的最大功率更高且在最大功率點(diǎn)附近無(wú)振蕩;且本文跟蹤到的最大功率330.0W對(duì)應(yīng)于全局最大值，而P&O和INC方法獲得的260.0W功率對(duì)應(yīng)于局部最大值，證明這兩種控制方法在局部遮光條件下失效而本文提出法的方法則能有效跟蹤到最大功率。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證所提出的MPPT方法，搭建了如圖10所示的實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置包括安捷倫E4362A太陽(yáng)能模擬器、DC-DC數(shù)字控制器、DC–AC轉(zhuǎn)換器以及示波器、負(fù)載和一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)。

將面板Vpv的電壓調(diào)整為計(jì)算出的最大功率點(diǎn)參考電壓，分別使用本文提出的掃描算法、P&O和INC算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

3.1 太陽(yáng)光照階躍變化

驗(yàn)證算法的響應(yīng)時(shí)間和效率：

1）使系統(tǒng)是在0.5Sun條件下運(yùn)行的，未進(jìn)行MPPT控制，隨后在仿真實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后25s（5s/div）加入MPPT控制器，檢查控制器跟蹤MPP所用的時(shí)間;

2）將太陽(yáng)光照條件從0.5Sun到1.0Sun來(lái)測(cè)試跟蹤效率。

3.1.1 擾動(dòng)觀測(cè)法（P& O）

從圖11可以看出，此跟蹤方法能夠適應(yīng)運(yùn)行條件的變化，將光伏板電壓Vpv調(diào)整為Vmpp，并根據(jù)功率的計(jì)算公式獲得相應(yīng)的Pmpp。從圖11（a）可以看到控制跟蹤MPP方法所用的時(shí)間是15s（圖11及以后的仿真圖中橫坐標(biāo)均為時(shí)間，每格代表5s），圖11（b）顯示利用此方法能夠在1.0Sun條件下跟蹤得到的最高M(jìn)PP達(dá)到485.36W。

3.1.2 電導(dǎo)增量法（INC）

從圖12可以看出，使用電導(dǎo)增量法可實(shí)現(xiàn)MTTP的跟蹤，能夠適應(yīng)運(yùn)行條件的變化，將光伏板電壓Vpv調(diào)整為Vmpp，并獲得相應(yīng)的Pmpp。從圖12（a）中可以看到控制跟蹤MPP方法所用的時(shí)間是12s，圖12（b）利用此方法能夠在1.0Sun條件下跟蹤得到的最高M(jìn)PP達(dá)到488.65W。

3.1.3 本文提出的方法

從圖13可以看出，使用本文提出的跟蹤方法也能適應(yīng)光照條件的變化，將光伏板電壓Vpv調(diào)整為Vmpp，并獲得相應(yīng)的Pmpp。從圖13（a）中可以看出，所提出的控制跟蹤MPP方法所用的時(shí)間是2.0s，圖13（b）利用此方法能夠在1.0Sun條件下跟蹤得到的最高M(jìn)PP達(dá)到496.89W。

P&O跟蹤方法可以獲得MPP電壓為108.34V，產(chǎn)生的功率為485.36W;INC跟蹤方法可以獲得MPP電壓為108.83V，對(duì)應(yīng)的功率為488.65W。相比這這三個(gè)跟蹤方法，本文所提出的跟蹤方法可以獲得MPP電壓為109.12V，對(duì)應(yīng)輸出的功率為496.89W，并且在穩(wěn)態(tài)MPP周圍無(wú)振蕩，MPP跟蹤時(shí)間最短為2.0s，凸顯出本文所提方法的優(yōu)越性。

3.2 系統(tǒng)存在局部遮光

為了驗(yàn)證本文所提方法在多個(gè)峰值下的有效性，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)受到如圖8所示的局部遮陽(yáng)條件的影響。

系統(tǒng)在1.0Sun條件下使用MTTP控制跟蹤運(yùn)行，然后在運(yùn)行25s（5s/div）后，系統(tǒng)突然處于局部遮光狀態(tài)。使用三種最大功率點(diǎn)跟蹤方法檢測(cè)峰值功率，以使工作點(diǎn)與最大功率點(diǎn)相匹配。

3.2.1 擾動(dòng)觀測(cè)法（P& O）

使用擾動(dòng)觀測(cè)法進(jìn)行MPPT跟蹤結(jié)果如圖14所示。從結(jié)果中可以看出，獲得局部最大值為262.56W。

3.2.2 電導(dǎo)增量法（INC）

圖15顯示了電導(dǎo)增量法的MPPT跟蹤結(jié)果。從結(jié)果中可以看出，獲得局部最大值為263.14W。

3.2.3 本文提出的方法

本文所提出的MPPT跟蹤結(jié)果如圖16所示。從結(jié)果可以看出，獲得全局最大值為329.83W。

從結(jié)果可以清楚地看出，與P& O和INC相比，本文所提出的跟蹤方法所獲得的MPP功率更高且無(wú)振蕩，且所獲得的329.83W對(duì)應(yīng)于全局最大值。而P& O和INC所獲得的功率分別僅為262.56W和263.14W，也即在系統(tǒng)存在局部遮光條件下這兩種辦法僅能獲得局部極大值，無(wú)法獲得全局最大值。

5 結(jié) 論

本文基于對(duì)目前MPPT方法進(jìn)行分析，提出了一種可適應(yīng)光照條件快速變化和局部遮光條件下光伏系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)MPPT控制方法，該方法使用掃描程序來(lái)跟蹤、檢測(cè)光伏面板在特定操作條件下所能提供的最大功率。將本文提出的方法分別于P&O和INC控制跟蹤方法進(jìn)行仿真、實(shí)驗(yàn)對(duì)比，得出以下結(jié)論：

1）使用仿真軟件分別進(jìn)行系統(tǒng)在光照強(qiáng)度階躍變化、系統(tǒng)局部遮光條件下最大功率點(diǎn)的跟蹤，結(jié)果表明本文所提出的方法能在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤，且獲得的MPP是全局最大值而不是局部的最大值;

2）通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在光照強(qiáng)度階躍變化、系統(tǒng)局部遮光條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，相比P&O和INC方法，本文所提出的方法能在2s內(nèi)實(shí)現(xiàn)MPP跟蹤，且跟蹤的到的功率值最大;在系統(tǒng)存在局部遮光時(shí)，所獲得的的最大功率也是全局的最大值，從而實(shí)現(xiàn)了有效的MPPT控制。

通過(guò)仿真、試驗(yàn)均驗(yàn)證了本文提出的算法可對(duì)光照強(qiáng)度階躍變化、系統(tǒng)局部遮光條件下MPPT的控制，但是未能研究局部遮光比例對(duì)此算法的影響，也即未能獲得此算法對(duì)于局部遮光的比例上、下限進(jìn)行研究，因此后續(xù)將對(duì)此算法進(jìn)行深入研究。

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（編輯：溫澤宇）

收稿日期： 2020-08-25

基金項(xiàng)目： 北京市自然科學(xué)基金（3202032）.

作者簡(jiǎn)介：

全少理（1981—），男，高級(jí)工程師;

樸哲勇（1975—），男，碩士，高級(jí)工程師.

通信作者：

王 靜（1995—），女，碩士研究生，E-mail：18511613551@163.com.